釣竿は曲げに対して靭性ですか脆性ですか？

質問

釣竿と言うか
たとえば鋼は靭性材ですよね？
そしてコンクリートは脆性材ですよね？
これはイメージ的にわかるのですが
木は引張りと曲げでは脆性なんですよね？
これは見かけのイメージでは靭性的な感じがしますが
破壊形状は脆性と言うことなんですよね。
靭性のイメージは柳のようにしなりによって力を受け流すことかと思っていましたが、柳自体は曲げに対して脆性なんですよね？
と言うことは靭性とは弾性範囲内のしなりや粘っこさは関係なく
降伏後の破壊、つまり降伏比が小さいことのみで表すのでしょうか？
つまり木も竹も釣竿も弾性範囲内では減衰効果はあるが、弾性限を過ぎれば塑性変形せず一気に破壊してしまうような材はいくらしなりや粘っこさがあっても脆性材と言うことでいいのでしょうか？

回答No.3

my3027 · ベストアンサー

小難しい表現をし過ぎたので、わかり易く書いてみます。
>靭性のイメージは柳のようにしなりによって力を受け流すことかと思っていましたが、柳自体は曲げに対して脆性なんですよね？
以下をまず参照下さい。
http://100.yahoo.co.jp/detail/%E9%9D%AD%E6%80%A7/
従って、塑性変形しない柳等の木材は脆性です。

>靭性とは弾性範囲内のしなりや粘っこさは関係なく降伏後の破壊、つまり降伏比が小さいことのみで表すのでしょうか？
Noです。定義は上述しましたが、塑性変形せずいきなりボキッと折れるのが靭性です。応力-歪曲線は直線で最後が破断です。降伏がどこかは関係ありません。

>つまり木も竹も釣竿も弾性範囲内では減衰効果はあるが、弾性限を過ぎれば塑性変形せず一気に破壊してしまうような材はいくらしなりや粘っこさがあっても脆性材と言うことでいいのでしょうか？
ここが難しいところですが、弾性範囲の定義は「入力されたエネルギが全て歪エネルギとして保存される」です。従って、減衰や塑性変形による熱の発生等はエネルギが散逸してるので弾性範囲ではありません(実際は弾性範囲でも熱で散逸してますが微小なので無視されます)。

竹竿のしなりは、弾性微小変形が累積して大変形(大変形=大歪ではありません)しているので、理論的には弾性範囲内で減衰は存在しません。竹竿でしなりは理解できますが、粘性は私は感じられません。結論として、木材は塑性変形しないので脆性材です。

お礼

ありがとうございます
非常にわかりやすいです＾＾；

>塑性変形しない柳等の木材は脆性です。
>竹竿でしなりは理解できますが、粘性は私は感じられません。結論として、木材は塑性変形しないので脆性材です。

この部分で私の当初の質問での疑問は理解できました。
そして新たに減衰についての理解も勉強になりました。
私の思っていた浅い知識からより興味深い回答がいただけました。

>弾性範囲の定義は「入力されたエネルギが全て歪エネルギとして保存される」です
>弾性微小変形が累積して大変形(大変形=大歪ではありません)している

変形と歪は同じではないんですね

回答No.2

my3027

>私もそれは思いました。しかし、強度関係は曲げと引張り及び圧縮とでは値が違いますよね？一般に、曲げ＞圧縮＞引張り＞せん断となっています。曲げ強度は材縁の圧縮と引張りのはずなのになぜ値が違うのでしょうか？
材料次第です。材料の破壊特性は材料次第で統一法則はありません。一般に靭性はVM応力。脆性は最大主応力と言われています。ただ捻りに関しては最大せん断応力説と言うようになっています。従って記載の不等式気は私には何の材料なのか分からないので理解できません。

>あと弾性範囲内での減衰効果と言うのは内部減衰や逸散減衰ではなく履歴減衰のことだと思っているのですが違いますか？
履歴減衰というのは私は初めて伺いましたが、過去の応力履歴で塑性領域に入った履歴という事でしょうか？分かりませんが、分かりませんが、とにかく初期状態から荷重をかけて応力－歪曲線が描いた軌跡をそのまま戻る過程が弾性です。どこかで加工硬化なり、クラックなり発生した材料はその軌跡と違うパスを通り、サイクル荷重ではヒステリシスカーブを描きます。それは既に弾性領域ではありません。履歴減衰の定義が分かりませんが、減衰とはダッシュポット的効果が材料にあったという事です。ダッシュポットはある意味摩擦やクラックと同じで、エネルギの散逸要素です。従って弾性でななくなります。それ以外履歴減衰の定義があれば説明頂ければわかれば回答します。

お礼

ありがとうございます

>材料次第です

すみません木材での強度関係です。
ただ木材は曲げと圧縮で値が逆転するものもあるようですが・・・

>一般に靭性はVM応力。脆性は最大主応力と言われています

すみません
まず私は物理学に対してど素人です。
一級建築士の受験勉強中においてちょっと疑問に思った程度の質問なので物理学の突っ込んだ内容はついていけません＾＾；
建築カテよりも物性についての疑問だったので
こっちで聞く方がいいかな？と思いこちらで質問させていただきました。

減衰は建築で勉強しました。
履歴減衰、内部粘性減衰、逸散減衰と言うのを
勉強したので物理学上で扱う減衰とまた少し使い方が違うのかもしれません。

今回疑問に思ったのが釣竿の場合
単純に靭性的なイメージがありますが
線形範囲内を過ぎればすぐに破壊してしまうような場合でも
靭性材といえるのか？
と言うことに関して疑問に思った次第です。
ヒステリシスカーブやダッシュポット等
私には難しすぎて何のことやら＾＾；です。
単純な素人的素朴な疑問です。。

回答No.1

my3027

>木は引張りと曲げでは脆性なんですよね？
意味不明です。引張りと曲げは同等です。曲げ上部に引張り、下部に圧縮が起こっている現象が曲げですから。

>靭性とは弾性範囲内のしなりや粘っこさは関係なく降伏後の破壊、つまり降伏比が小さいことのみで表すのでしょうか？
NO。粘りには関係あります。鋼は降伏後も塑性領域を経過して最大強さで破断します。弾性範囲内の挙動は関係ありません。しなり(変形）は形状次第なので物性とは関係ありません。釣竿は微小変形ですが、長いので積み重なり大変形になります。

>つまり木も竹も釣竿も弾性範囲内では減衰効果はあるが、弾性限を過ぎれば塑性変形せず一気に破壊してしまうような材はいくらしなりや粘っこさがあっても脆性材と言うことでいいのでしょうか？
No.弾性範囲内で減衰効果がるとすれば、それは弾性変形ではありません。減衰とはエネルギが散逸しているという事です。弾性変形の定義は、仕事量=内部ポテンシャルなので散逸がある場合、弾性変形ではなくなります。弾性限度を超えて一気に破壊する材料は脆性材料です。セラミックやガラスがそうですが、それにしなりや粘りがそれ程あるとは思えません。

お礼

ありがとうございます
木材は引張りと曲げに対して靭性を有さず脆性的な破壊をする。
と言う文献があり、木材のしなりに対して靭性は関係しないのか？
と言うところに疑問を感じました。

>意味不明です。引張りと曲げは同等です。曲げ上部に引張り、下部に圧縮が起こっている現象が曲げですから。

私もそれは思いました。しかし、強度関係は曲げと引張り及び圧縮とでは値が違いますよね？一般に、曲げ＞圧縮＞引張り＞せん断となっています。
曲げ強度は材縁の圧縮と引張りのはずなのになぜ値が違うのでしょうか？
あと弾性範囲内での減衰効果と言うのは内部減衰や逸散減衰ではなく履歴減衰のことだと思っているのですが違いますか？

>弾性限度を超えて一気に破壊する材料は脆性材料です

このことからすると弾性範囲内のしなりや粘りは靭性に関係なく
木は弾性限度を超えて一気に破壊すると思うので
脆性材料と言うことになるのだと思います。
つまり釣竿などもすごくしなるけども弾性限度を超えてからは塑性変形せず一気にボキッと破壊すると思うので靭性材ではなく脆性材と言うことなのかな？と…